固态电池系列报告：锂金属负极

证券研究报告本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明固态电池系列报告：锂金属负极电力设备与新能源/行业深度报告领先大市（维持）分析师：贺朝晖 S0910525030003 周涛 S09105230500012025年9月25日请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2核心观点u锂金属负极：固态电池能量密度突破的重要推手。锂电负极材料正经历从传统石墨向多元高能量密度体系的重大转型。锂金属负极理论比容量达 3860mAh/g，远高于石墨（372mAh/g）和硅碳负极（3590mAh/g），且具备低电压平台特性。固态电池方面，全固态电解质凭借高机械强度抑制枝晶，与锂金属负极形成最优适配。u技术挑战与突破路径。锂金属负极存在体积膨胀、锂枝晶问题、界面反应复杂、制备工艺难度高等关键瓶颈。近年来，针对于锂金属负极改善策略主要包括三维储锂基体限和集流体，电解液和添加剂，修饰隔膜和人造SEI等，这些策略从锂枝晶的生长原理和SEI组分出发，主要功能在于限制锂体积膨胀，降低离子流和表面电流密度，构建稳定和快离子传输的表面SEI。u制备工艺：多路线并行，技术持续突破。锂金属负极的制备工艺是其实现产业化应用的核心支撑，目前行业形成了多路线并行、高低端场景分化的格局，主流工艺可分为成熟量产导向型（压延法）、高端技术突破型（蒸镀法）、前沿研发探索型（液相法、无负极方案）四大类。其中蒸镀法成本有望持续优化，成为全固态电池主流工艺。u2030年对应市场空间近百亿元。目前锂金属负极市场主要由锂企、负极厂商、箔材厂商三类参与者，锂企凭借丰富的锂资源与金属锂产能，在原材料制备上具备成本和质量优势；负极厂商同时在硅碳负极、锂金属负极上进行布局。根据《中国固态电池行业发展白皮书(2025 年)》预计到2030年全球固态电池出货量将达到 614.1GWh，其中全固态比例近 30%，基于此我们假设2030年锂金属负极假设渗透率20%，测算对应市场空间近百亿元。u投资建议。建议关注锂金属负极的英联股份、天铁科技，此外关注赣锋锂业、璞泰来、亿纬锂能、国轩高科、德福科技、道氏技术等锂电产业链相关企业。u风险提示：技术研发风险、原材料与供应链风险、路线迭代风险、政策监管风险。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 30102040305锂金属负极：固态电池能量密度突破的重要推手技术挑战与改善策略研究进展制备工艺：多路线并行，技术持续突破市场格局：锂金属负极市场前景及产业链发展相关标的目录 4请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明资料来源：钜大锂电、彪捷等《锂离子电池合金负极材料研究进展》、许晓雄等《为全固态锂电池“正名”》，华金证券研究所1.1 锂金属负极推动固态电池能量密度提升u 负极方面，固态电池比传统锂电池更容易适配锂金属负极和硅碳负极，因为固态电解质由固态材料构成，具有较高的化学稳定性，对锂金属负极的锂枝晶的形成及硅的膨胀起抑制作用。u 采用锂金属负极能量密度最高、接近400Wh/kg。右图中，正极均采用100m厚的NCM811，4种不同电芯比较下，采用锂金属负极材料的固态电池能量密度最高。负极材料属性对比主流固态电池负极材料比容量(mAh/g)优点缺点石墨372技术成熟，成本低，高循环稳定性理论容量较低硅碳负极3590 高比容量，原材料丰富，技术进步快循环过程中体积膨胀问题难以解决，工艺复杂，成本较高锂金属3860高比容量，低电压平台体积膨胀容易引起电极材料的破裂和损坏；活性高易化学反应，安全隐患大。传统锂电池和硫化物固态锂电池的电芯设计对比传统锂电池的石墨负极和硅碳负极硫化物固态电池的石墨负极和锂金属负极请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 51.2 锂金属负极对比传统负极的优势u 由于传统石墨负极材料较低的理论比容量(372mAh/g )以及较高的电压平台，造成传统锂离子电池无法进一步突破其比能量瓶颈(260Wh/kg ) 。因此需要探索具有高理论比容量和低电极电势的负极材料，从而在电池材料体系上使电池达到 更高的比能量，由于锂金属具有高理论比容量(3860mAh/g )和低电极电势(−3.04V vs SHE (standard hydrogen electrode))等特点将锂金属负极匹配过渡金属氧化物正极(LMO)构成锂金属电池时，其比能量可以提升到约440Wh/kg。在锂硫(Li-S)和锂氧(Li-O2)电池体系中，其比能量可以进一步分别达到~650和~950Wh/kg。高理论比容量给了锂金属负极更宽广的应用前景。锂离子电池和锂金属电池的比能量对比全固态电池材料体系迭代路线资料来源：《锂金属负极的挑战与改善策略研究进展》刘凡凡，25 年中国全固态电池创新发展高峰论坛欧阳明高院士发言，华金证券研究所 6请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明u 锂金属电池凭借锂金属负极极低的电化学还原电位和超过高的理论比容量，而被认为是最有潜力的下一代电池候选者，它有潜力将现有锂离子电池的能量密度提升一倍。金属锂是锂电池的理想负极材料，原因有三个：1）锂金属负极可提供最高的重力能量密度（单位质量可存储的能量）。2）通过将锂直接沉积在负极上，可大幅提高充电速率。3）有了合适的电解质，就可以设计出无负极结构电池，从而节省材料和制造成本，提高能量密度。1.2 锂金属负极对比传统负极的优势u 锂负极材料最重要的特性是容量和电压，它们共同决定了电池的整体储能能力。关于电动汽车电池的负极，有三种主要的竞争者：石墨、硅和金属锂。金属锂在能量密度方面胜出一筹，但每种材料都各有优劣。资料来源：《 Li2ZrF6-based electrolytes for durable lithium metal batteries》徐庆帅等，Batteryman Helps Batteryman，华金证券研究所请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 71.2 锂金属负极对比传统负极的优势资料来源：云帆固态电池，《锂金属负极的挑战与改善策略研究进展》刘凡凡，华金证券研究所u 锂电负极材料正在经历从传统石墨向多元高能量密度体系的重大转型。除硅碳负极外，目前主流研发方向还包括锂金属负极、硬碳材料、自生成负极技术等，未来技术趋势将按应用场景分化发展。u 与传统石墨负极相比，锂金属负极具有更高的理论比容量（3.86Ah/g）和较低的电化学电位，被认为是最具潜力的负极材料之一。锂金属负极的应用可以显著提升固态电池的能量密度，使其在电动汽车、储能系统等领域具有广阔的应用前景。除此以外，锂金属负极还有充放电效率高，在固态电池中安全性强的特点。 u 锂金属负极的 “沉积 - 溶解” 机制使其在充电过程中能够快速完成锂离子的嵌入和脱出。研究表明，在特定条件下，采用锂金属负极的电池能够在 15 分钟内将电量充至 80% 以上，远快于传统石墨负极电池，大大缩短充电时间，提升用户使用体验，满足未来快速充电的需求。u 在液态电池中，锂枝晶生成会刺穿 SEI 膜，导致锂持续消耗、电池循环寿命降低，严重时引发电池内部短路等安全隐患。而固态电池体系采用固态电解质，其机械强度高，能有效抑制锂枝晶的生长，使锂金属负极在固